JP2010033026A - Light propagation optical element, image display, and head mount display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数種類の波長の光を伝搬して所定位置で射出させる光伝搬光学素子、該光伝搬光学素子を有する映像表示装置、および該映像表示装置を有するヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、以下、「HMD」と記す。)に関する。 The present invention relates to a light propagation optical element that propagates light of a plurality of types of wavelengths and emits the light at a predetermined position, an image display device having the light propagation optical element, and a head mounted display (Head Mounted Display) having the image display device. Hereinafter, it is referred to as “HMD”.
従来から、導光部材に入射された入射光を回折光学素子により回折し、該回折と全反射とを繰り返し発生させることにより伝搬し所定位置で射出させる光伝播光学素子が種々提案されている。 Conventionally, various light propagation optical elements have been proposed in which incident light incident on a light guide member is diffracted by a diffractive optical element, propagated by repeatedly generating the diffraction and total reflection, and emitted at a predetermined position.
このような光伝搬光学素子においては、回折光学素子に入射される光の波長が長いほど該回折光学素子からの射出角(回折角)が大きくなる。このため、導光部材外部に射出される光の射出位置が波長毎にずれ、色むら(色分散)として現れる問題がある。 In such a light propagation optical element, the emission angle (diffraction angle) from the diffractive optical element increases as the wavelength of light incident on the diffractive optical element increases. For this reason, there is a problem that the emission position of the light emitted to the outside of the light guide member is shifted for each wavelength and appears as color unevenness (color dispersion).
そこで、このような色むらの発生を良好に抑えることができる光伝搬光学素子が提案されている。その一例が特許文献1に開示されている。特許文献1に記載の光伝搬光学素子は、3枚の導光板が各導光板よりも低い屈折率を有する材料で構成された薄膜を介して積層された構成を有する。このような薄膜を導光板の間に介在させることにより、波長毎の回折角差に起因する色むらの発生を良好に抑えることができる。以下、説明の便宜上、特許文献1における3枚の導光板を「第一から第三の導光板」、第一と第二の導光板の間の薄膜を「第一の薄膜」、第二と第三の導光板の間の薄膜を「第二の薄膜」と記す。各層は、第一の導光板、第一の薄膜、第二の導光板、第二の薄膜、第三の導光板の順に積層されている。 Therefore, a light propagation optical element that can satisfactorily suppress the occurrence of such color unevenness has been proposed. An example thereof is disclosed in Patent Document 1. The light propagation optical element described in Patent Document 1 has a configuration in which three light guide plates are stacked via a thin film made of a material having a lower refractive index than each light guide plate. By interposing such a thin film between the light guide plates, it is possible to satisfactorily suppress the occurrence of color unevenness due to the diffraction angle difference for each wavelength. Hereinafter, for convenience of explanation, the three light guide plates in Patent Document 1 are referred to as “first to third light guide plates”, the thin film between the first and second light guide plates is referred to as “first thin film”, and the second and second light guide plates. A thin film between the three light guide plates is referred to as a “second thin film”. Each layer is laminated in the order of the first light guide plate, the first thin film, the second light guide plate, the second thin film, and the third light guide plate.
特許文献1に記載の光伝搬光学素子を具体的に説明すると、まず、3種類の波長の光が回折素子によりそれぞれ異なる回折角を付与されて第一の導光板内部に入射される。回折素子により回折された光のうち最も短い波長の第一の光は、第一の導光板から第二の薄膜までを透過して第三の導光板に入射され、第三の導光板と空気との界面において全反射される。そして、第三の導光板から第一の導光板までを透過して別の回折素子に入射される。また、第一の光より波長の長い第二の光は、第一の導光板から第一の薄膜までを透過して第二の導光板に入射され、第二の導光板と第二の薄膜との界面において全反射される。そして、第二の導光板から第一の導光板までを透過して別の回折素子上に第一の光と略同位置に入射される。また、第二の光より波長の長い第三の光は、第一の導光板に入射され、第一の導光板と第一の薄膜との界面において全反射される。そして、第一の導光板を透過して別の回折素子上に第一および第二の光と略同位置に入射される。このようにして別の回折素子に入射された第一から第三の光は、その一部が該回折素子により回折されて外部に射出されるとともにその残りが反射されて上記と同じ経路を辿る。この繰り返しにより光の射出と伝搬が行われる。 The light propagation optical element described in Patent Document 1 will be described in detail. First, light of three types of wavelengths is given different diffraction angles by the diffraction element and is incident on the first light guide plate. The first light having the shortest wavelength among the light diffracted by the diffraction element is transmitted from the first light guide plate to the second thin film and incident on the third light guide plate. Is totally reflected at the interface. And it permeate | transmits from a 3rd light-guide plate to a 1st light-guide plate, and injects into another diffraction element. The second light having a wavelength longer than that of the first light is transmitted from the first light guide plate to the first thin film and is incident on the second light guide plate, and the second light guide plate and the second thin film are incident on the second light guide plate. Is totally reflected at the interface. Then, the light passes through the second light guide plate to the first light guide plate and is incident on the other diffraction element at substantially the same position as the first light. The third light having a longer wavelength than the second light is incident on the first light guide plate and totally reflected at the interface between the first light guide plate and the first thin film. Then, the light passes through the first light guide plate and is incident on another diffraction element at substantially the same position as the first and second lights. A part of the first to third light incident on another diffraction element in this way is diffracted by the diffraction element and emitted to the outside, and the rest is reflected to follow the same path as described above. . By repeating this, light is emitted and propagated.
第一から第三の導光板の厚みや屈折率は、光伝搬光学素子から外部に射出される各波長の光のピッチが略等しくなるように適宜選択されている。したがって、各波長の光が略同位置から射出され、色むらの発生が良好に抑えられることとなる。 The thickness and refractive index of the first to third light guide plates are appropriately selected so that the pitches of the light of each wavelength emitted from the light propagation optical element to the outside are substantially equal. Therefore, light of each wavelength is emitted from substantially the same position, and the occurrence of color unevenness can be satisfactorily suppressed.
このように構成された特許文献1に記載の光伝搬光学素子においては、使用波長の種類に応じた数の導光板と各導光板の間に介在させる薄膜が構造上必要とされる。例えば使用される光がRGBで表現されるカラー映像の光である場合には、R、G、Bの各波長の光に対応した3枚の導光板、および各導光板の間に介在させる2枚の薄膜からなる5層構造が必要となる。このため重量が重くなり、例えばHMD等への利用には適さない不都合が指摘される。 In the light propagation optical element described in Patent Document 1 configured as described above, a number of light guide plates corresponding to the type of wavelength used and thin films interposed between the light guide plates are structurally required. For example, when the light used is light of a color image expressed in RGB, three light guide plates corresponding to light of each wavelength of R, G, B, and two sheets interposed between the light guide plates A five-layer structure consisting of these thin films is required. For this reason, the weight increases, and for example, a disadvantage that is not suitable for use in an HMD or the like is pointed out.
また、上述したように各波長の光の射出ピッチを略一致させて色むらを良好に抑えるためには実際上、各層を均一な接着剤を塗布したうえで接着する必要がある。さらには、各導光板の形状自体、具体的には、各波長の光が入射出される2つの面に高い平行度が要求される。つまり、特許文献1に記載の光伝搬光学素子の製造には高精度な部品加工技術および組立技術が要求される。このため、製造コストが高い、リードタイムが長い、歩留まりが悪い等の欠点を有する。 In addition, as described above, in order to substantially match the emission pitch of light of each wavelength and to suppress color unevenness satisfactorily, it is actually necessary to bond each layer after applying a uniform adhesive. Furthermore, a high degree of parallelism is required for the shape of each light guide plate itself, specifically, two surfaces on which light of each wavelength is incident and output. In other words, manufacturing of the light propagation optical element described in Patent Document 1 requires highly accurate parts processing technology and assembly technology. For this reason, there are drawbacks such as high manufacturing cost, long lead time, and poor yield.
そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成でありながらも色むらの発生を良好に抑えることができる光伝搬光学素子、該光伝搬光学素子を有する映像表示装置、および該映像表示装置を有するHMDを提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light propagation optical element capable of satisfactorily suppressing the occurrence of color unevenness while having a simple configuration, and the light propagation. An object of the present invention is to provide an image display device having an optical element, and an HMD having the image display device.
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る光伝搬光学素子は、表示素子に表示された画像を複数種類の波長の光として伝搬する光学素子であり、表示素子から各波長の光が入射される導光部材と、第一および第二の回折光学素子を有する。第一の回折光学素子は、導光部材に入射された各波長の光を、該導光部材内部で全反射させて波長毎に異なる光路で伝搬させ、かつ表示素子に表示された画像の該表示素子内における画素位置関係が第二の回折光学素子上で再現されるように回折する。第二の回折光学素子は、再現された各画素からの各波長の光を導光部材から略同一方向に射出させるように回折する。 A light propagation optical element according to an embodiment of the present invention that solves the above problem is an optical element that propagates an image displayed on a display element as light of a plurality of wavelengths, and light of each wavelength is incident from the display element. A light guide member, and first and second diffractive optical elements. The first diffractive optical element causes the light of each wavelength incident on the light guide member to be totally reflected inside the light guide member and propagate along different optical paths for each wavelength, and the image displayed on the display element Diffraction is performed so that the pixel positional relationship in the display element is reproduced on the second diffractive optical element. The second diffractive optical element diffracts the light of each wavelength from each reproduced pixel so as to be emitted from the light guide member in substantially the same direction.
このように本発明に係る光伝搬光学素子は、複数種類の波長の光を伝搬させる媒体が単一の導光部材で構成されているものの、波長に依存した回折角差により導光部材内部で異なる光路を辿る各波長の光を第二の回折光学素子上で再び重ね合わせたうえで射出するように構成されている。このため、色むら(色分散)が良好に抑えられる。 As described above, in the light propagation optical element according to the present invention, although the medium for propagating light of a plurality of wavelengths is constituted by a single light guide member, the diffraction angle difference depending on the wavelength causes the inside of the light guide member. Light of each wavelength that follows a different optical path is output after being superimposed again on the second diffractive optical element. For this reason, color unevenness (color dispersion) can be suppressed satisfactorily.
ここで、第二の回折光学素子は、例えば右眼、左眼のそれぞれに各波長の光を導光するため2つ備えられてもよい。この場合において、第一の回折光学素子は、入射された各波長の光を2つに分割するとともに、分割された各光を2つの第二の回折光学素子の各々に入射させるように回折する。 Here, for example, two second diffractive optical elements may be provided to guide light of each wavelength to each of the right eye and the left eye. In this case, the first diffractive optical element divides the incident light of each wavelength into two and diffracts the divided light so as to enter each of the two second diffractive optical elements. .
また、上記の課題を解決する本発明の別の形態に係る光伝搬光学素子は、表示素子に表示された画像を複数種類の波長の光として伝搬する光学素子であり、表示素子から入射される各波長の光をそれぞれ二分割する光分割素子と、各波長の全ての分割光が入射される導光部材と、第一の回折光学素子、および分割光毎に対応して備えられた第二の回折光学素子を有する。第一の回折光学素子は、導光部材に入射された各波長の分割光を該導光部材内部で全反射させて波長毎に異なる光路で伝搬させ、かつ表示素子に表示された画像の該表示素子内における画素位置関係が各第二の回折光学素子上で再現されるように回折する。第二の回折光学素子は、再現された各画素からの各波長の光を導光部材から略同一方向に射出させるように回折する。 Further, a light propagation optical element according to another embodiment of the present invention that solves the above problem is an optical element that propagates an image displayed on a display element as light of a plurality of types of wavelengths, and is incident from the display element. A light splitting element that splits each wavelength of light into two parts, a light guide member into which all split light of each wavelength is incident, a first diffractive optical element, and a second provided for each split light Diffractive optical element. The first diffractive optical element causes the divided light of each wavelength incident on the light guide member to be totally reflected inside the light guide member and propagates through different optical paths for each wavelength, and the image displayed on the display element Diffraction is performed so that the pixel positional relationship in the display element is reproduced on each second diffractive optical element. The second diffractive optical element diffracts the light of each wavelength from each reproduced pixel so as to be emitted from the light guide member in substantially the same direction.
このように構成された光伝搬光学素子においては、各波長の分割光が入射される導光部材の入射面と光分割素子との間にエアギャップが形成されるように光分割素子を配置する構成が望ましい。 In the light propagation optical element configured as described above, the light splitting element is arranged such that an air gap is formed between the light splitting element and the incident surface of the light guide member on which split light of each wavelength is incident. Configuration is desirable.
第二の回折光学素子は、再現された各画素からの各波長の光を導光部材の射出面と略垂直をなす方向に揃えて平行光として、または瞳の中心に向かって寄せるように射出する構成が好適である。 The second diffractive optical element emits the reproduced light of each wavelength from each pixel as parallel light in a direction substantially perpendicular to the exit surface of the light guide member, or toward the center of the pupil. The structure which does is suitable.
第一の回折光学素子は、表示素子に表示された画像の該表示素子内における各波長の画素位置関係を基準として、第二の回折光学素子上に再現される画素位置関係を略同一形状あるいは拡大された相似形状とするように各波長の光を回折する構成としてもよい。 The first diffractive optical element has a pixel positional relationship reproduced on the second diffractive optical element with substantially the same shape or the pixel positional relationship of each wavelength in the display element of the image displayed on the display element as a reference. It is good also as a structure which diffracts the light of each wavelength so that it may be set as the enlarged similar shape.
導光部材は、互いに平行な二平面であって、各波長の光が入射される入射面、および各波長の光が射出される射出面を有する板状の光学部材としてもよい。 The light guide member may be a plate-like optical member having two planes parallel to each other and having an incident surface on which light of each wavelength is incident and an emission surface on which light of each wavelength is emitted.
第一の回折光学素子は、例えば反射型の体積位相型ホログラフィック光学素子、あるいはホログラフィック光学素子と光学レンズの組み合わせの何れかである。一方、第二の回折光学素子は、例えば反射型または透過型の体積位相型ホログラフィック光学素子、あるいはホログラフィック光学素子と光学レンズの組み合わせの何れかとしてもよい。 The first diffractive optical element is, for example, either a reflective volume phase type holographic optical element or a combination of a holographic optical element and an optical lens. On the other hand, the second diffractive optical element may be, for example, either a reflective or transmissive volume phase holographic optical element or a combination of a holographic optical element and an optical lens.
ここで、第一および第二の回折光学素子がともに反射型の体積位相型ホログラフィック光学素子である場合には、該第一の回折光学素子が射出面上に、該第二の回折光学素子が入射面上に配置されている構成が好適である。第一、第二の回折光学素子がそれぞれ反射型、透過型の体積位相型ホログラフィック光学素子である場合には、該第一および第二の回折光学素子がともに射出面上に配置されている構成が好適である。 Here, when both the first and second diffractive optical elements are reflective volume phase holographic optical elements, the first diffractive optical element is placed on the exit surface, and the second diffractive optical element Is preferably arranged on the incident surface. When the first and second diffractive optical elements are reflective and transmissive volume phase holographic optical elements, the first and second diffractive optical elements are both disposed on the exit surface. A configuration is preferred.
第一および第二の回折光学素子は、例えば各波長の光に対応する干渉縞が各々に記録されたフォトポリマーを複数枚積層した構成を有したホログラフィック光学素子としてもよい。または、各波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーからなるホログラフィック光学素子であってもよい。かかるフォトポリマーの層数は、例えば導光部材を伝搬される光の波長の種類と同数または該種類よりも少数としてもよい。また、第一の回折光学素子に記録された干渉縞パターンと第二の回折光学素子に記録された干渉縞パターンは、略同一ピッチであってもよい。 For example, the first and second diffractive optical elements may be holographic optical elements having a configuration in which a plurality of photopolymers each recording interference fringes corresponding to light of each wavelength are stacked. Alternatively, it may be a holographic optical element composed of a single photopolymer in which interference fringes corresponding to light of each wavelength are recorded. The number of layers of the photopolymer may be, for example, the same as the number of wavelengths of light propagating through the light guide member or a smaller number than the types. Further, the interference fringe pattern recorded on the first diffractive optical element and the interference fringe pattern recorded on the second diffractive optical element may have substantially the same pitch.
表示素子がフィールドシーケンシャルパネル方式である場合、第一の回折光学素子は、該表示素子内の同一画素から射出された各波長の光を第二の回折光学素子上の略同位置に重ね合わせるように回折する構成としてもよい。表示素子が同時式である場合には、第一の回折光学素子は、画素位置関係が第二の回折光学素子上で忠実に再現されるように該表示素子内の各画素から射出された光を回折する構成としてもよい。 When the display element is a field sequential panel system, the first diffractive optical element superimposes light of each wavelength emitted from the same pixel in the display element at substantially the same position on the second diffractive optical element. It is also possible to diffract the light. When the display elements are simultaneous, the first diffractive optical element emits light emitted from each pixel in the display element so that the pixel positional relationship is faithfully reproduced on the second diffractive optical element. May be diffracted.
また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係る映像表示装置は、各波長の光を射出する光源と、光源から射出された各波長の光に所定の画像信号に応じた変調をかける表示素子と、変調された各波長の光が入射される上記の何れかに記載の光伝播光学素子とを有することを特徴とする。 In addition, a video display device according to an embodiment of the present invention that solves the above-described problem includes a light source that emits light of each wavelength, and modulates light of each wavelength emitted from the light source according to a predetermined image signal It has a display element and the light propagation optical element in any one of said which the light of each modulated wavelength injects.
また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係るHMDは、上記に記載の映像表示装置と、第二の回折光学素子が装着者の眼前に位置するように映像表示装置を支持する支持手段とを有することを特徴とする。 In addition, an HMD according to an embodiment of the present invention that solves the above-described problems includes a video display device described above and a support that supports the video display device so that the second diffractive optical element is positioned in front of the wearer's eyes. Means.
本発明によれば、簡単な構成でありながらも色むらの発生を良好に抑えることができる光伝搬光学素子、映像表示装置、およびHMDが提供される。 According to the present invention, there are provided a light propagation optical element, an image display apparatus, and an HMD that can suppress the occurrence of color unevenness with a simple configuration.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態のHMD1の外観図である。図1に示されるように、HMD1のフレーム2には光学部材(例えばSF11)からなる導光板10が嵌め込まれている。フレーム2は、導光板10を装着者の眼前に位置するように支持する。導光板10の第一面10aの略中央には表示素子ユニット20が、装着者の眼前に位置する箇所にはホログラフィック光学素子(Holographic Optical
Element、以下、「HOE」と記す。)30R(または31R、32R)、30L(または31L、32L)が、それぞれ接着等により第一面10a上に密着固定されている。
FIG. 1 is an external view of the HMD 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, a
Element, hereinafter referred to as “HOE”. ) 30R (or 31R, 32R), 30L (or 31L, 32L) are firmly fixed on the
表示素子ユニット20は、例えばフィールドシーケンシャル方式で駆動する画像生成ユニットである。表示素子ユニット20には、図示省略されたレーザ光源、拡散光学系、マイクロレンズアレイ、および表示素子21(図2参照)が内蔵されている。レーザ光源は、R(HeNeレーザ)、G(Hd:YAGレーザ)、B(He−Cdレーザ)の各波長に対応したレーザを有し、各波長の光を高速で順次照射する。各波長の光は、拡散光学系、マイクロレンズアレイに入射されて光量ムラのない均一な平行光に変換されて表示素子21に入射される。
The
表示素子21は、例えばDMD(Digital Mirror Device)や透過型液晶(LCD T-LCOS)パネル、反射型液晶(LCOS)パネル、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等であり、各波長の光に画像エンジン(不図示)が生成する画像信号に応じた変調をかける。表示素子21の有効領域の画素で変調された各波長の光は、所定の光束断面(該有効領域と略同じ形状)をもって導光板10に入射される。
The
なお、光利用効率を向上させるため、拡散光学系とマイクロレンズアレイとの間に拡散光学系からの入射光を特定の偏光状態にする偏光板を配置してもよい。また、表示素子ユニット20は、フィールドシーケンシャル方式の表示素子に限らず、同時式の表示素子(射出面前面に所定の配列のRGBカラーフィルタを有する表示素子)の画像生成ユニットとしてもよい。
In addition, in order to improve light utilization efficiency, you may arrange | position the polarizing plate which makes the incident light from a diffused optical system a specific polarization state between a diffused optical system and a micro lens array. The
図2〜図4はそれぞれ、第一から第三実施形態のHMD1の構成を模式的に示す側面図である。図2〜図4の各図においては、図面を明瞭化するためフレーム2、および表示素子21を除く表示素子ユニット20の構成を図示省略している。以下、図2〜図4の各図を使用して各実施形態のHMD1の構成について順に説明する。なお、図2〜図4の各図に示されるように、HMD1は、表示素子21と導光板10の中心を結ぶ中心線Xを挟み左右対称構造を有する。また、表示素子21から導光板10に入射される各波長の光は、後述するように二分割されて装着者の右眼、左眼のそれぞれに導光される。各眼に導光される各波長の光の光路も中心線Xを挟み左右対称である。各実施形態において説明の重複を避けるため、右眼に導光される光を詳細に説明する一方、左眼に導光される光の説明は省略する。
2 to 4 are side views schematically showing the configuration of the HMD 1 of the first to third embodiments. 2 to 4, the configuration of the
まず、図2を使用して第一実施形態のHMD1の構成を説明する。図2に示されるように、第一実施形態のHMD1は、表示素子21と導光板10との間の光路であって、導光板10の第一面10a上に埋設された回折光学素子(Diffractive Optical Element、以下、「DOE」と記す。)40を有する。DOE40は、例えば矩形状を有する。DOE40には、表示素子21により変調された各波長の光が略垂直に順次入射される。DOE40は、表示素子21から入射された光を右眼、左眼のそれぞれに導くため左右同一角度に回折して二分割する。DOE40は、波長が長い光ほど大きい回折角で回折する。すなわち、DOE40による各波長の光に対する回折角は、R、G、Bの順に大きい。
First, the structure of HMD1 of 1st embodiment is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 2, the HMD 1 of the first embodiment is an optical path between the
導光板10の第二面10b上には、HOE50Rと50Lが中心線Xを挟み左右対称に隙間無く配列され接着等により密着固定されている。HOE50Rおよび50Lは、例えば矩形状を有する反射型の体積位相型HOEであって、R、G、Bの各波長の光に対応する干渉縞が各々に記録されたフォトポリマーを三枚積層した構成を有する。すなわち、HOE50Rおよび50Lは、R、G、Bの各波長の光を反射しそれ以外の波長の光を透過する波長選択機能を有するように構成されている。
On the
また、HOE50Rおよび50Lは、R、G、Bの各波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーとしてもよい。説明を加えると、使用波長がn(nは自然数)種類ある場合には、HOE50Rおよび50Lの層構造は、各波長の光に対応する干渉縞が各々に記録されたフォトポリマーをn枚積層したもの、或いは、各波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーとなる。
Further, the
また、二層のフォトポリマーによりHOE50Rおよび50Lを構成し、R、G、Bの各波長の光に対応する波長選択機能を付与することも可能である。例として、R、Gの各波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーと、Bの波長の光に対応する干渉縞が記録された一層のフォトポリマーの計二層によりHOE50Rおよび50Lを構成することが考えられる。なお、HOE30Rおよび30Lも反射型の体積位相型HOEであり、HOE50Rおよび50Lと干渉縞パターンが相違するものの、HOE50Rおよび50Lと同一の層構造を有する。HOE30Rおよび30Lと50Rおよび50Lは、例えば干渉縞パターンのピッチが略同一であってもよい。
Further, the
HOE50Rは、順次入射される各波長の光をそれぞれ異なる角度を付与して回折する。HOE50Rによる回折作用により各波長の光は、導光板10と空気との界面で全反射を繰り返して導光板10内部を伝搬しHOE30Rに入射される。このように回折作用により付与される回折角は波長に依存して相違するため、従来からの指摘されている不都合、つまり、導光板外部に射出される光の射出位置が波長毎にずれて色むらが生じることが懸念される。
The
そこで、本実施形態の特徴的構成要素であるHOE50Rは、DOE40とは逆にB、G、Rの順に大きい回折角を付与しつつ、導光板10(より正確にはDOE40)に対する入射位置が略同一の(あるいは別の表現によれば、表示素子21の有効領域内の略同一座標から射出された)全ての波長の光をHOE30R上の略同位置に入射させるように回折する。すなわち、導光板10の略同位置に入射される各波長の光は、波長に依存した回折角差により導光板10内部で異なる光路を進行するものの、HOE30R上で再び重ね合わせられる。別の観点によれば、HOE50Rは、表示素子21の有効領域に表示された画像の該有効領域内における画素位置関係がHOE30R上で忠実に再現されるようにRGBの各波長の光を回折する。
Therefore, the
このように本実施形態においてHOE50Rは、表示素子21の有効領域内の略同一座標から射出された全ての波長の光をHOE30R上の略同位置に入射させるように回折する。一方、別の実施形態においては、HOE50Rは、表示素子21の有効領域内で相対的にずらされた本来同一画素をなす全ての波長の光をHOE30R上の略同位置に入射させるように回折するように構成されてもよい。
Thus, in the present embodiment, the
HOE30R上で重ね合わせられた各波長の光は、HOE30Rにより回折されて導光板10の第二面10bから外部に略垂直に順次射出される。このように平行光として射出された各波長の光は、表示素子21により生成された画像の虚像として装着者の網膜に結像する。また、装着者が拡大画像の虚像を観察できるように、HOE30Rにコンデンサ作用を付与してもよい。すなわち、HOE30Rの周辺領域に入射された光ほど瞳の中心に寄るように角度をもって射出され装着者の網膜に結像するようにしてもよい。あるいは、装着者に拡大画像の虚像を観察させるために、HOE50Rは、HOE30R上での画素位置関係が表示素子21の有効領域に表示された画像の該有効領域内における画素位置関係に対して拡大された相似形状をなすようにRGBの各波長の光を回折するようにしてもよい。
The light of each wavelength superimposed on the
各波長の光は装着者の網膜上に高速で順次結像されるため、装着者は、表示素子21による生成画像をカラー画像として認識することとなる。なお、装着者の眼と表示素子21との実際の距離は数十mm程度に過ぎない。しかし、各波長の光は平行光として眼球に入射されるため、装着者は、無限遠視したときに表示素子21による生成画像を明瞭に視認することができる。
Since the light of each wavelength is sequentially imaged at high speed on the retina of the wearer, the wearer recognizes the image generated by the
別の観点によれば、HOE50Rは、導光板10から射出される光束の断面が、表示素子21からDOE40に入射される光束の断面と略同一形状かつ等倍となるように各光線をHOE30R上に入射させる。したがって、装着者は、表示素子21による生成画像を略等倍で視認することができる。
According to another aspect, the
このようにHOE50Rによる回折作用により導光板10内部で異なる光路を辿った各波長の光は、再び重ね合わせられるようにして導光板10から射出されて装着者の眼に導光される。よって、各波長の光を伝搬する媒体が単一の導光板10によって構成されているにも拘わらず、波長に依存した回折角差に起因する色むらの発生が良好に抑えられる。
Thus, the light of each wavelength that has followed different optical paths inside the
また、各波長の光を伝搬する媒体を単層構造としたため、各波長の光を伝搬する光伝搬光学素子(導光板10、DOE40、HOE30R、30L、50R、50L)が単純な構成となる。かかる構成は、HMD1の軽量化、製造コスト、リードタイム、歩留まり等の面で極めて有利である。なお、HMD1を軽量化させることにより、例えば装着者の負担を軽減する効果が期待される。その結果、装着者は、HMD1を長時間着用できるようになる。
In addition, since the medium that propagates the light of each wavelength has a single-layer structure, the light propagation optical elements (
また、光源の種類、使用波長等によっては、導光板10内部を複数種類の波長の光が同時に伝搬する場合に干渉が生じてフリッカ等が発生する虞がある。しかし、HMD1においてはフィールドシーケンシャル方式の表示システムが採用されているため、上記干渉は有効に避けられる。
Further, depending on the type of light source, the wavelength used, and the like, there is a risk that when light of a plurality of types of wavelengths propagates through the
次に、図3を使用して第二実施形態のHMD1の構成を説明する。なお、以降の実施形態において第一実施形態の構成と同一または同様の構成には同一または同様の符号を付して説明を省略する。 Next, the structure of HMD1 of 2nd embodiment is demonstrated using FIG. In the following embodiments, the same or similar components as those of the first embodiment are denoted by the same or similar reference numerals, and description thereof is omitted.
図3(a)に示されるように、第二実施形態のHMD1においては、表示素子21と導光板10との間の光路にDOE41が配置されている。すなわち、第二実施形態のHMD1は、第一実施形態のHMD1と異なり導光板10とDOE41との間にエアギャップを有する。DOE41には、表示素子21により変調された各波長の光が略垂直に順次入射される。DOE41は、表示素子21から入射された光を右眼、左眼のそれぞれに導くため左右同一角度に回折して二分割する。分割された各光は、導光板10の第一面10aに入射される。
As shown in FIG. 3A, in the HMD 1 of the second embodiment, the
第二実施形態のHMD1は、同一の干渉縞パターンを持つHOE51Rと51Lを有する。HOE51Rと51Lは、互いの中心が一致し、かつ干渉縞パターンが180°反転された状態で積層されている。そして、積層された状態でその中心が中心線Xと一致するように導光板10の第二面10b上に接着等により密着固定されている。なお、HOE51Rと51Lは、それぞれが1〜3層のフォトポリマーからなる別個独立した要素であるが、別の実施形態では単一の要素、つまり一層のフォトポリマーより構成されてもよい。
The HMD 1 of the second embodiment has
導光板10内部を伝搬されるB、G、Rの各波長の光の光路を図3(b)、(c)、(d)の各図に示す。図3(b)〜(d)の各図に示されるように、HOE51R(または51L)は、DOE41により右眼(または左眼)に導光されるように分割された各波長の光をそれぞれ異なる角度を付与して回折する。詳細には、HOE51Rは、各波長の光を導光板10内部で全反射させつつ、導光板10に対する入射位置が略同一の(あるいは別の表現によれば、表示素子21の有効領域内の略同一座標から射出された)全ての波長の光をHOE31R上の略同位置に入射させるように回折する。
FIGS. 3B, 3C, and 3D show the optical paths of light of each wavelength of B, G, and R propagating through the
このように第二実施形態においても第一実施形態と同様に、導光板10の略同位置に入射される各波長の光は、波長に依存した回折角差により導光板10内部で異なる光路を辿るものの、HOE31R上で再び重ね合わせられる。この結果、各波長の光は、導光板10の第二面10bから平行光として(またはHOE30Rの周辺領域に入射された光ほど瞳の中心に寄るように角度をもって)射出され、表示素子21により生成された画像の虚像として装着者の網膜に結像することとなる。
As described above, also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, light of each wavelength incident on substantially the same position of the
このように第二実施形態においても第一実施形態と同様に光伝搬光学素子(導光板10、DOE41、HOE31R、31L、51R、51L)を単純な構成とすることができ、HMD1の軽量化、製造コスト、リードタイム、歩留まり等の面で極めて有利である。
As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the light propagation optical element (
ところで、第一実施形態においては、HOE50Rや50Lによる回折光は、導光板10aとDOE40との界面に入射された場合にその一部がDOE40に戻る虞がある。これは、光量損失の原因となるため望ましくない。このため、第一実施形態においては、最小の回折角と導光板10の厚みとを思料し、導光板10aとDOE40との界面に回折光が入射しないよう導光板10にある程度の厚みを持たせる必要があった。一方、第二実施形態においては、導光板10とDOE41との間にエアギャップを与えている。したがって、HOE51Rや51Lによる回折光は、たとえ第一実施形態において導光板10aとDOE40との界面であった領域に入射されたとしても導光板10と空気との屈折率差により全反射することとなる。すなわち、第二実施形態においては、導光板10の厚みを決定する際にDOE41への戻り光を考慮する必要がない。このため、導光板10の厚みを薄く設計することができ、HMD1のさらなる軽量化に好適である。
By the way, in 1st embodiment, when the diffracted light by HOE50R and 50L injects into the interface of the light-
続いて、図4を使用して第三実施形態のHMD1の構成を説明する。図4(a)に示されるように、第三実施形態のHMD1においては、表示素子21と導光板10との間の光路に何れの光学素子も配置されていない。すなわち、表示素子21により変調された各波長の平行光は、第一面10aから導光板10に直接入射される。
Then, the structure of HMD1 of 3rd embodiment is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 4A, in the HMD 1 of the third embodiment, no optical element is arranged in the optical path between the
第三実施形態のHMD1は、同一の干渉縞パターンを持つHOE52Rと52Lを有する。HOE52Rと52Lは、互いの中心が一致し、かつ干渉縞パターンが180°反転された状態で積層されている。そして、積層された状態でその中心が中心線Xと一致するように導光板10の第二面10b上に接着等により密着固定されている。また、HOE52Rおよび52Lは、HOE50Rや50L等と同様の回折機能とともにDOE40等と同様の回折機能、つまり表示素子21からの入射光を左右に二分割する機能も併せ持つ。HOE52Rおよび52Lは、DOEとHOEを一体形成した構成とも云える。なお、HOE52Rと52Lは、第二実施形態と同様に単一の要素、つまり一層のフォトポリマーより構成されてもよい。
The HMD 1 of the third embodiment has
導光板10内部を伝搬されるB、G、Rの各波長の光の光路を図4(b)、(c)、(d)の各図に示す。図4(b)〜(d)の各図に示されるように、HOE52R(または52L)は、各波長の光を右眼(または左眼)に導光されるように分割するとともにそれぞれ異なる角度を付与して回折する。より詳細には、HOE52Rは、各波長の光を二分割して導光板10内部で全反射させ、かつ導光板10に対する入射位置が略同一の(あるいは別の表現によれば、表示素子21の有効領域内の略同一座標から射出された)全ての波長の光をHOE32R上の略同位置に入射させるように回折する。
FIGS. 4B, 4C, and 4D show optical paths of light of each wavelength of B, G, and R propagating through the
このように第三実施形態においても第一、第二実施形態と同様に、導光板10の略同位置に入射される各波長の光は、波長に依存した回折角差により導光板10内部で異なる光路を辿るものの、HOE32R上で再び重ね合わせられる。この結果、各波長の光は、導光板10の第二面10bから平行光として(またはHOE30Rの周辺領域に入射された光ほど瞳の中心に寄るように角度をもって)射出され、表示素子21により生成された画像の虚像として装着者の網膜に結像することとなる。
As described above, also in the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, the light of each wavelength incident on substantially the same position of the
第三実施形態においても第一、第二実施形態と同様に光伝搬光学素子(導光板10、HOE32R、32L、52R、52L)を単純な構成とすることができ、HMD1の軽量化、製造コスト、リードタイム、歩留まり等の面で極めて有利である。また、第三実施形態においては、DOEを削減できるため、HMD1のさらなる軽量化、製造コストダウン、リードタイム短縮、歩留まり向上等が達成される。また、DOEによる光量損失も無くなるため、HMD1全体としての光利用効率が向上する効果も得られる。
In the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, the light propagation optical element (
なお、第一から第三の各実施形態においては、右眼用、左眼用の表示素子を別個に備えること無く単板の表示素子21を備える構成が採用されている。このため、製造コストダウン等の効果が得られる。また、共通の物点からの光(すなわち単板の表示素子21の画像)を同一の光路長を経て装着者の各眼に導光している。このため、装着者の各眼に対して同期した画像を入射させることができる。
In each of the first to third embodiments, a configuration in which a single-
次に、これまで説明された各実施形態のHMD1の具体例を説明する。以下は、各具体例におけるHMD1の共通の仕様である。
λB:457.9
λG:532.0
λR:632.8
nB:1.8160
nG:1.7940
nR:1.7786
LR:23.5
LL:23.5
「λB」、「λG」、「λR」はレーザ光源から発光されて装着者の眼に導光されるB、G、Rの各光の波長(単位:mm)、「nB」、「nG」、「nR」はB、G、Rの各波長の光に対する導光板10の屈折率、「LR」はHOE30R(または31R、32R)の中心を通る法線XRと中心線Xとの距離(単位:mm)、「LL」はHOE30L(または31L、32L)の中心を通る法線XLと中心線Xとの距離(単位:mm)、をそれぞれ示す。
Next, a specific example of the HMD 1 of each embodiment described so far will be described. The following are common specifications of the HMD 1 in each specific example.
λ B : 457.9
λ G : 532.0
λ R : 632.8
n B : 1.8160
n G : 1.7940
n R : 1.7786
L R : 23.5
L L : 23.5
“Λ B ”, “λ G ”, and “λ R ” are wavelengths (unit: mm) of B, G, and R light emitted from the laser light source and guided to the eyes of the wearer, “n B ”. , “N G ” and “n R ” are refractive indexes of the
まず、第一実施形態の具体例を説明する。第一実施形態のHMD1の個別的な具体的数値構成は次の通りである。
t :5.0
d :0.504
θIB :0
θIG :0
θIR :0
θDB、θ’IB :30.000
θDG、θ’IG :36.000
θDR、θ’IR :44.870
θ’DB、θ”IB:39.506
θ’DG、θ”IG:38.474
θ’DR、θ”IR:36.535
θ”DB :0
θ”DG :0
θ”DR :0
「t」は導光板10の厚み(単位:mm)、「d」はDOE40(またはDOE41)の回折ピッチ(単位:μm)、「θIB」、「θIG」、「θIR」はDOE40(またはDOE41)へのB、G、Rの各波長の光の入射角(単位:deg)、「θDB」、「θDG」、「θDR」はDOE40(またはDOE41)によるB、G、Rの各波長の光の回折角(単位:deg)、「θ’IB」、「θ’IG」、「θ’IR」はHOE50R(またはHOE50L〜52L、51R、52R)へのB、G、Rの各波長の光の入射角(単位:deg)、「θ’DB」、「θ’DG」、「θ’DR」はHOE50R(またはHOE50L〜52L、51R、52R)によるB、G、Rの各波長の光の回折角(単位:deg)、「θ”IB」、「θ”IG」、「θ”IR」はHOE30R(またはHOE30L〜32L、31R、32R)へのB、G、Rの各波長の光の入射角(単位:deg)、「θ”DB」、「θ”DG」、「θ”DR」はHOE30R(またはHOE30L〜32L、31R、32R)によるB、G、Rの各波長の光の回折角(単位:deg)を、それぞれ示す。
First, a specific example of the first embodiment will be described. The individual specific numerical configuration of the HMD 1 of the first embodiment is as follows.
t: 5.0
d: 0.504
θ IB : 0
θ IG : 0
θ IR : 0
θ DB , θ ′ IB : 30.000
θ DG , θ ′ IG : 36.000
θ DR , θ ′ IR : 44.870
θ ′ DB , θ ″ IB : 39.506
θ ′ DG , θ ″ IG : 38.474
θ ′ DR , θ ″ IR : 36.535
θ ” DB : 0
θ ” DG : 0
θ ” DR : 0
“T” is the thickness of the light guide plate 10 (unit: mm), “d” is the diffraction pitch (unit: μm) of the DOE 40 (or DOE 41), “θ IB ”, “θ IG ”, and “θ IR ” are DOE 40 ( Or, the incident angles (unit: deg) of light of each wavelength of B, G, R to DOE 41), “θ DB ”, “θ DG ”, “θ DR ” are B, G, R by DOE 40 (or DOE 41). The diffraction angles (unit: deg) of the light of each wavelength, “θ ′ IB ”, “θ ′ IG ”, and “θ ′ IR ” are B, G, R to the
また、DOE40は5.2mm幅、HOE30R、30Lは5.5mm幅HOE50R、50Lは8.0mm幅を有する。なお、奥行き寸法(上記の幅(図2〜4の各図の紙面)に直交する方向の寸法)は、表示素子21の有効領域や表示される画面サイズ等に応じて適宜決められる。
Further, the
第一実施形態の具体例においてHMD1は、次の3つの条件を最低限満足するように設計されている。一つの条件は、DOE40に対する入射位置が略同一の全ての波長の光をHOE30R(またはHOE30L)上の略同位置に入射させることである。もう一つの条件は、導光板10と空気との界面における反射角度を適切にコントロールするため、図2中、DOE40の左端(または右端)に入射、回折されたB光の第二面10bへの最初の入射位置が中心線Xより右側(または左側)になるように回折角等を決定することである。残りの一つの条件は、HOE50Rまたは50Lによる最小の回折角の光(すなわちB光)がDOE40に再入射しないよう該最小の回折角の光および導光板10の厚みtを適切に選択することである。
In the specific example of the first embodiment, the HMD 1 is designed to satisfy at least the following three conditions. One condition is that light of all wavelengths having substantially the same incident position with respect to the
次に、第二実施形態の具体例を説明する。第二実施形態のHMD1の個別的な具体的数値構成は次の通りである。
t :2.0
d :0.712
θIB :0
θIG :0
θIR :0
θDB :40.054
θDG :48.387
θDR :62.785
θ’IB :20.754
θ’IG :24.629
θ’IR :30.000
θ’DB、θ”IB:58.384
θ’DG、θ”IG:58.204
θ’DR、θ”IR:57.932
θ”DB :0
θ”DG :0
θ”DR :0
Next, a specific example of the second embodiment will be described. The individual specific numerical configuration of the HMD 1 of the second embodiment is as follows.
t: 2.0
d: 0.712
θ IB : 0
θ IG : 0
θ IR : 0
θ DB : 40.54
θ DG : 48.387
θ DR : 62.785
θ ′ IB : 20.754
θ ′ IG : 24.629
θ ′ IR : 30.000
θ ′ DB , θ ″ IB : 58.384
θ ′ DG , θ ″ IG : 58.204
θ ′ DR , θ ″ IR : 57.932
θ ” DB : 0
θ ” DG : 0
θ ” DR : 0
また、DOE41は5.2mm幅、HOE31R、31Lは5.5mm幅、HOE51R、51Lは7.2mm幅を有する。
The
第二実施形態の具体例においてHMD1は、次の2つの条件を最低限満足するように設計されている。一つの条件は、DOE41に対する入射位置が略同一の全ての波長の光をHOE31R(またはHOE31L)上の略同位置に入射させることである。もう一つの条件は、導光板10と空気との界面における反射角度を適切にコントロールするため、図3中、DOE41の左端(または右端)に入射、回折されたB光の第二面10bへの二回目の入射位置が、HOE51Rの右端(またはHOE51Lの左端)より右側(または左側)になるように回折角等を決定することである。
In the specific example of the second embodiment, the HMD 1 is designed to satisfy at least the following two conditions. One condition is that light of all wavelengths having substantially the same incident position with respect to the
第二実施形態においては、HOE51Rまたは51Lによる回折光のDOE41への入射を考慮する必要がないため、導光板10の厚みtを薄くしてHMD1を軽量化させることができる。また、厚みtを薄型化させることにより各波長の光の全反射回数が増加する。かかる全反射回数の増加に伴い、DOE41に対する入射位置が略同一の全ての波長の光が第一面10a上の略同位置に入射する頻度も高くなる。このため、第二面10bから各波長の光が射出される位置(すなわちHOE31R(またはHOE31L)が配置される位置)を装着者の眼幅に合わせてより精細に設定できるようになる。
In the second embodiment, since it is not necessary to consider the incidence of diffracted light by the
続いて、第三実施形態の具体例を説明する。第三実施形態のHMD1の個別的な具体的数値構成は次の通りである。
t :2.0
θ’IB :0
θ’IG :0
θ’IR :0
θ’DB、θ”IB:52.549
θ’DG、θ”IG:59.216
θ’DR、θ”IR:66.949
θ”DB :0
θ”DG :0
θ”DR :0
Subsequently, a specific example of the third embodiment will be described. The individual specific numerical configuration of the HMD 1 of the third embodiment is as follows.
t: 2.0
θ ' IB : 0
θ ' IG : 0
θ ' IR : 0
θ ′ DB , θ ″ IB : 52.549
θ ′ DG , θ ″ IG : 59.216
θ ′ DR , θ ″ IR : 66.949
θ ” DB : 0
θ ” DG : 0
θ ” DR : 0
また、HOE32R、32Lは5.5mm幅、HOE52R、52Lは5.2mm幅を有する。
The
第三実施形態の具体例においてHMD1は、次の2つの条件を最低限満足するように設計されている。一つの条件は、導光板10に対する入射位置が略同一の全ての波長の光をHOE32R(またはHOE32L)上の略同位置に入射させることである。もう一つの条件は、導光板10と空気との界面における反射角度を適切にコントロールするため、図4中、HOE52Rの左端(またはHOE52Lの右端)に入射、回折されたB光の第二面10bへの二回目の入射位置がHOE52Rの右端(またはHOE52Lの左端)より右側(または左側)になるように回折角等を決定することである。なお、図4においては、図面縮尺の関係上二つ目の条件が満足されていないように見えるが、実際には当該条件が満足されていることを言い添えておく。
In the specific example of the third embodiment, the HMD 1 is designed to satisfy the following two conditions at a minimum. One condition is that light of all wavelengths having substantially the same incident position with respect to the
第三実施形態においては、HOE52Rまたは52Lによる回折光のDOEへの入射を考慮する必要がないため、導光板10の厚みtを薄くしてHMD1を軽量化させることができる。また、DOEを削減したことによるHMD1全体としての光利用効率向上、およびHMD1のさらなる軽量化、製造コストダウン、リードタイム短縮、歩留まり向上等が達成される。
In the third embodiment, since it is not necessary to consider the incidence of the diffracted light by the
第三実施形態においては、導光板10の厚みtをさらに薄型化させた設計もあり得る。導光板10の厚みtを1.8mmまたは1.5mmとした場合を例に考える。厚みtが1.8mm、1.5mmの場合はそれぞれ、次の具体的数値構成を満足することにより既に説明された第三実施形態と同様の効果が得られる。なお、ここで挙げられていない具体的数値構成は、既に説明された第三実施形態の具体的数値構成と同一である。
(厚みtが1.8mmの場合)
θ’DB、θ”IB:55.419
θ’DG、θ”IG:61.801
θ’DR、θ”IR:69.045
(厚みtが1.5mmの場合)
θ’DB、θ”IB:60.124
θ’DG、θ”IG:65.925
θ’DR、θ”IR:72.300
このように導光板10の厚みtをさらに薄型化させることにより、HMD1のさらなる軽量化が達成される。
In the third embodiment, there may be a design in which the thickness t of the
(When thickness t is 1.8 mm)
θ ′ DB , θ ″ IB : 55.419
θ ′ DG , θ ″ IG : 61.801
θ ′ DR , θ ″ IR : 69.045
(When thickness t is 1.5 mm)
θ ′ DB , θ ″ IB : 60.124
θ ′ DG , θ ″ IG : 65.925
θ ′ DR , θ ″ IR : 72.300
In this way, by further reducing the thickness t of the
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、各実施形態の構成および具体的数値構成等に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えばLRとLLの合計距離が装着者の眼幅に高精度に一致するように各実施形態の具体的数値構成を適宜選択する。これにより、装着者の眼幅に最適な位置から各波長の光が射出されるようにHMD1を構成することができる。 The above is the description of the embodiment of the present invention. The present invention is not limited to the configurations of the embodiments and the specific numerical configurations, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example L total distance of R and L L are properly selected specific values configuration of each embodiment to match with high precision the eye width of the wearer. Thereby, HMD1 can be comprised so that the light of each wavelength may be inject | emitted from the position optimal for a wearer's eye width.
各実施形態のHMD1が有するHOEは何れも反射型HOEであるが、HOE30R、31R、32R、30L、31L、および32Lを透過型HOEに置き換えてHMD1を構成してもよい。図2〜4に示される第一から第三の各実施形態の変形例として、HOE30R、31R、32R、30L、31L、32Lを透過型HOEであるHOE30’R、31’R、32’R、30’L、31’L、32’Lに置き換えた構成が考えられる。図5〜7のそれぞれに、第一から第三実施形態の変形例である第一から第三変形例のHMD1の構成を模式的な側断面図で示す。
The HOEs included in the HMDs 1 of the embodiments are all reflective HOEs, but the HMDs 1 may be configured by replacing the
第一から第三変形例においては、HOE30’R、31’R、32’R、30’L、31’L、および32’Lは、図5〜7に示されるように、図2〜4の各実施形態のHOE30R、31R、32R、30L、31L、32Lの取付位置と正対する導光板10の第二面10b上に取り付けられている。第一から第三変形例のHMD1は、透過型HOEを採用しているものの、性能的には第一から第三実施形態のHMD1と実質的に同じである。
In the first to third variations, the HOEs 30′R, 31′R, 32′R, 30′L, 31′L, and 32′L are as shown in FIGS. Are mounted on the
また、第一から第三実施形態(または第一から第三変形例)のさらなる変形例としては、例えばHOE30Rにより回折されて第二面10bから射出された光束(または第二面10bから射出されてHOE30Rにより回折された光束)が入射される位置(つまり装着者の眼前にくる位置)に配置された接眼レンズをさらに有する構成も考えられる。
Further, as a further modification of the first to third embodiments (or the first to third modifications), for example, a light beam diffracted by the
また、表示素子ユニット20が有する光源は、例えばR、G、Bの各波長の光を高速で順次照射するLED又はLD(半導体レーザ)バックライトとしてもよい。
The light source of the
また、第一実施形態等のHMD1においては、左眼用、右眼用それぞれについて同一構成のHOEが干渉縞パターンを180°反転された状態で配置されている。しかし、HOEは、左眼用と右眼用とで同一構成である必要はない。第一実施形態等のHMD1と実質的に同一の性能が担保される限り、左眼用、右眼用のHOEは互いに相違する構成であってもよい。 Further, in the HMD 1 of the first embodiment or the like, the HOEs having the same configuration for the left eye and the right eye are arranged in a state where the interference fringe pattern is inverted by 180 °. However, the HOE need not have the same configuration for the left eye and the right eye. As long as substantially the same performance as the HMD 1 of the first embodiment or the like is ensured, the left-eye and right-eye HOEs may be different from each other.
1 HMD
2 フレーム
10 導光板
20 表示素子ユニット
30R〜32R、30L〜32L、50R〜52R、50L〜52L HOE
40、41 DOE
1 HMD
2
40, 41 DOE
Claims (17)
前記表示素子から各波長の光が入射される導光部材と、
第一および第二の回折光学素子であって、
前記導光部材に入射された各波長の光を、該導光部材内部で全反射させて波長毎に異なる光路で伝搬させ、かつ前記表示素子に表示された画像の該表示素子内における画素位置関係が前記第二の回折光学素子上で再現されるように回折する第一の回折光学素子と、
前記再現された各画素からの各波長の光を前記導光部材から略同一方向に射出させるように回折する第二の回折光学素子と、
を有することを特徴とする光束伝搬光学素子。 In a light propagation optical element that propagates an image displayed on a display element as light of a plurality of types of wavelengths,
A light guide member into which light of each wavelength is incident from the display element;
First and second diffractive optical elements,
Pixel positions in the display element of an image displayed on the display element by causing the light of each wavelength incident on the light guide member to be totally reflected inside the light guide member and propagate in different optical paths for each wavelength A first diffractive optical element that diffracts so that a relationship is reproduced on the second diffractive optical element;
A second diffractive optical element that diffracts so that light of each wavelength from each reproduced pixel is emitted from the light guide member in substantially the same direction;
A light beam propagation optical element characterized by comprising:
前記第一の回折光学素子は、入射された各波長の光を2つに分割するとともに、分割された各光を前記2つの第二の回折光学素子の各々に入射させるように回折することを特徴とする、請求項1に記載の光伝搬光学素子。 Two second diffractive optical elements;
The first diffractive optical element divides the incident light of each wavelength into two and diffracts the divided light so as to enter each of the two second diffractive optical elements. The light propagation optical element according to claim 1, wherein the optical propagation optical element is characterized.
前記表示素子から入射される各波長の光をそれぞれ二分割する光分割素子と、
各波長の全ての分割光が入射される導光部材と、
第一の回折光学素子、および分割光毎に対応して備えられた第二の回折光学素子であって、
前記導光部材に入射された各波長の分割光を、該導光部材内部で全反射させて波長毎に異なる光路で伝搬させ、かつ前記表示素子に表示された画像の該表示素子内における画素位置関係が各前記第二の回折光学素子上で再現されるように回折する第一の回折光学素子と、
前記再現された各画素からの各波長の光を前記導光部材から略同一方向に射出させるように回折する第二の回折光学素子と、
を有することを特徴とする光伝搬光学素子。 In a light propagation optical element that propagates an image displayed on a display element as light of a plurality of types of wavelengths,
A light splitting element that splits each wavelength of light incident from the display element into two parts;
A light guide member into which all the divided lights of each wavelength are incident;
A first diffractive optical element, and a second diffractive optical element provided corresponding to each split light,
Pixels in the display element of an image displayed on the display element, wherein the split light of each wavelength incident on the light guide member is totally reflected inside the light guide member and propagated through different optical paths for each wavelength. A first diffractive optical element that diffracts so that the positional relationship is reproduced on each of the second diffractive optical elements;
A second diffractive optical element that diffracts so that light of each wavelength from each reproduced pixel is emitted from the light guide member in substantially the same direction;
A light propagation optical element characterized by comprising:
前記光源から射出された各波長の光に所定の画像信号に応じた変調をかける表示素子と、
前記変調された各波長の光が入射される請求項1から請求項15の何れか一項に記載の光伝播光学素子と、
を有することを特徴とする映像表示装置。 A light source that emits light of each wavelength;
A display element that modulates light of each wavelength emitted from the light source according to a predetermined image signal;
The light propagation optical element according to any one of claims 1 to 15, wherein the modulated light of each wavelength is incident;
A video display device comprising:
前記第二の回折光学素子が装着者の眼前に位置するように前記映像表示装置を支持する支持手段と、
を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 A video display device according to claim 16,
Support means for supporting the video display device so that the second diffractive optical element is positioned in front of the eyes of the wearer;
A head-mounted display comprising:
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